氨氮分解

氨氮分解    氨氮含量是普遍用来测量废水或固态废物中铵离子含量的指标。在废水或固态废物中，氨可自然释放出铵离子，铵离子亦可通过有机反应还原成氨。氨氮含量是衡量废水净化，废物处理的一个重要指标。同时也是衡量自然健康和人为储备水的指标。含量单位为mg/L表示。    百顺公司（BiaPlas  LLC）独特的“BiaQ-­‐Tech”技术能够将氨（NH3）分解成水和氮气，该过程是一个放热的过程。  4NH3+3O2→2N2+6H2O  (g)△Ｈ°ｒ＝－1267.20KJ/mol    根据价层电子对推斥理论（VSEPR  valence-­‐shell  electron  pair  repulsion  theory）,氨的分子结构为三棱锥金字塔型。氨做为基础结构，氮原子有一对孤电子而成为质子接受者。氨分子由于这种偶极矩结构导致的极性，使其容易溶解于水。氨形成铵离子的程度，影响溶液的PH值。生理PH值为7，大约67%氨分子被质子化。温度和盐度对氨的质子化有影响。铵离子是规则的四面体结构。    大气层中发现少量由腐烂的动植物产生的氨。雨水中发现少量的氨和铵盐，火山区发现氯化铵，硫酸铵，南美洲南端的鸟粪中发现碳酸氢铵晶体。肾脏分泌氨来中和多余的酸。肥沃的土壤和海水中也有铵盐的存在。含氨的物质及相似的，被称为含氨物。    氨水溶液是基本的，昀大浓度（饱和溶液）是0.880g／cm3，被称为0.880氨。除非与15-­‐25%空气混合，否则氨不易燃烧，亦不支持燃烧。当与氧混合时，燃烧显示苍白微黄发绿火焰。高温和适当的催化剂作用下，氨分解成构成成分基本元素。氯与氨混合发生燃烧，形成氮和氯化氢，如果氨充足，形成高度爆炸性的三氯化氮。  室温下，氨分子易进行氮转换，形象比喻类似大风中的雨伞。这种转换需要的能量是24.7KJ/mol，共振频率为23.79GHz，相应微波辐射波长为1.260cm。此频率的吸收可在第一微波谱中观察到。    碱性  氨的显著特性是碱性，与酸反应生成盐。与盐酸反应生成氯化铵，与硝酸反应生成硝酸铵等。完全干燥的氨与完全干燥的盐酸是不发生反应的，湿度是必须的。氨与酸反应生成的铵盐，都含有铵离子（NH4+）。无水氨经常用来生产甲基苯丙胺（脱氧麻黄碱）。  NH3+HCL→NH4CL  酸性  尽管普遍认为氨是碱性的，但是也有弱酸性。它是质子物质，可以形成酰胺离子（NH2-­‐），例如，固态氮化锂被加入液态氨中，形成锂酰胺溶液。在此酸碱质子反应中，氨起到酸的作用。  Li3N(s)+2NH3(l)→3Li+(am)+3NH2-­‐(am)  燃烧  氨燃烧生成水和氮气，是一个释放热量的过程。  4NH3+3O2→2N2+6H2O(g)△Ｈ°ｒ=-1267.20KJ/mol每摩尔氨燃烧，包括冷凝水形成，标准燃烧焓是－382.81KJ/mol。氮分子是燃烧的热力学产物：氧化氮相对于氮和氧是不稳定的，是没有酶转换条件下的基本原则。然而，在合适的酶催化作用下，一氧化氮是活跃的产物，工业上用此方法生产硝酸。  4NH3+5O2→4NO+6H2O  在缺少催化剂（例如铂网电极）的情况下，氨是很难在空气中燃烧的。因为火焰的温度低于氨和空气混合物的点火温度。氨在空气中可燃范围是16-­‐25%。  其它成分形成  在有机化学的替代反应中，氨扮演亲核试剂角色。氨与烷基卤化物反应，可生成有机胺类物质。－NH2基也是亲核试剂，仲胺和叔胺做为副产物也可生成。过量的氨有助于减少多重替代反应，中和卤化氢的形成。商业上，氨与氯甲烷反应，制造甲胺，氨与溴丙酸反应生产70%的外消旋丙氨酸。与环氧乙烷开环反应生成胆胺（乙醇胺，氨基乙醇）：有时候可进一步反应，生成二乙醇胺和三乙醇胺。  氨与一些羧基衍生物反应生成酰胺。酰卤是昀可能的产物，但是氨的量至少要2倍以上，才能中和氯化氢的形成。酯类和酸酐与氨反应生成酰胺。羧基酸的胺盐通过脱水可生成酰胺，没有热敏感基，温度需要150-­‐200℃  氨中的氢可被金属替换，镁在氨气中燃烧，生成氮化镁（Mg3N2）,  氨气通过加热的钠或者钾时，生成氨基钠（NaNH2）和氨基钾（KNH2）。替换命名法是必须的，IUPAC(international  union  of  pure  and  applied  chemistry,  国际理论和应用化学联合会)强调用“氮烷代替氨”：氯胺被称为氮烷氯，而不是氨氯。    减少气体排放  氨用来清洗石化燃料燃烧后的二氧化硫（SO2）,产物为硫酸铵，可做为肥料。氨中和柴油发动机排放的氮氧化物（NOX）,该技术称为SCR（选择性催化还原），有赖于钒基催化剂。    做为溶剂的液态氨  液态氨是著名的，广泛用来研究的非水离子化溶剂。其显著特性是能够溶解碱金属，形成高度有色，包含溶剂化电子的导电性溶液。除了显著的溶液特性，液态氨中多数化学物质可通过与水溶液相关的反应而被分类。对比氨和水溶液的物理特性，氨的溶点，沸点，密度，粘度，电容率，导电性都是低的。在某种程度上，与氨分子中氢键弱有关系，因为1个氨分子只有1个孤对电子，行不成十字交叉网络，这与水分子中，2个孤对电子无法比。在－50℃，液态氨离子自离解常数为大约10-33mol2·l-2。盐的溶解度  溶解度（g  of  salt  per  100g  liquid  NH3）  Ammonium  acetate（乙酸铵）  252.2  Ammonium  nitrate（硝酸铵）  289.6  Lithium  nitrate（硝酸锂）  243.7  Sodium  nitrate（硝酸钠）  97.6  Potassium  nitrate（硝酸钾）  10.4  Sodium  fluoride（氟化钠）  0.35  Sodium  chloride（氯化钠）  3.0  Sodium  bromide（溴化钠）  138.0  Sodium  iodide（碘化钠）  161.9  Sodium  thiocyanate（硫氰酸钠）  205.5  液态氨属于离子化溶剂，虽然离子化程度不如水，可以溶解一定范围的离子化合物，包括很多硝酸盐，亚硝酸盐，氰化物，硫氰酸酯。大多数铵盐是可溶解的，在液态氨溶液中，铵盐表现出酸性。卤化物的溶解度，从氟化物到碘化物是逐渐提高的。硝酸铵饱和溶液中，每摩尔氨中还有0.83摩尔溶解物。即使在25℃，蒸气压小于1巴。    金属溶液  液态氨可以溶解碱性金属和其他阳离子金属，如钙，锶，钡，铕，镱。低浓度（0.06mol/L）为深蓝色溶液：含有金属阳离子，溶解的电子和自由电子，他们被氨分子所包绕。这些溶液做为强还原剂是很有用的。高浓度，这些溶液具有金属涂层和导电性。低温条件下，两种溶液做为不能混合的溶液共同存在。  液态氨氧化还原的特性  Ｅ°（V,ammonia）Ｅ°(V,water)Li++e-⇌Li-2.24-3.04K++e-⇋K-1.98-2.93Na++e-⇋Na-1.85-2.71Zn2++2e-⇋Zn-0.53-0.76NH4++e-⇋1/2H2+NH30.00-Cu2++2e-⇋Cu+0.43+0.34Ag++e-⇋Ag+0.83+0.80液态氨溶液的热力学稳定性是非常窄的，氧化成氮的电子能Ｅ°仅仅是＋0.04V（N2+6NH4++6e-⇋8NH3）。实际中，氧化成氮（N2）和还原成氢（H2）是非常缓慢的。实际情况是：上述提到的碱性金属溶液可稳定数天，逐步分解成金属酰胺和氢。大多数研究专注于液态氨还原条件：尽管液态氨氧化反应是缓慢的，仍然有爆炸的风险，尤其是转运的金属离子做为催化剂出现的时候。检测和定量测定氨和铵盐即使是很微量，通过内斯勒尔试剂也非常容易检测出来，有非常微量的氨或者铵盐存在，也会显示出黄颜色。工业冷冻系统中，通过燃烧硫磺棒检测是否有少量氨泄露。大量的可以用苛性碱或者生石灰加热铵盐，氨的独特味道将释放出来。通过与氢氧化钠或氢氧化钾一起蒸馏该盐的方法，铵盐中氨的含量可以量化估算出来，释放出来的氨被已知体积的标准硫酸吸收，然后测量多余的硫酸体积；氨亦可被盐酸或者氯化铵吸收，形成氯铂酸铵(NH4)2PtCL6沉淀物。星际空间1968年，有赖于银河核心散发的微波，氨是第一个从星际太空探测到的物质。是第一个被探测到的多原子分子。由于对很宽范围的激发和缓解均有敏感性，氨在很多地方均可被检测到，也使氨是研究分子云昀重要的物质之一。相对致密的氨谱，使其能够用来测量发光介质的温度。下列氨的同位素系列已经被检测到：NH3,15NH3,NH2D,NHD2,ND3。三重氘氨作被发现是很惊讶的，因为氘是很稀少的。认为在低温条件下，这种分子是可以存在并聚集的。氨也在气体巨行星的大气层中发现，包括木星（Jupiter）中，独自与氦，甲烷，氢在一起。土星内部可能含有氨结冻的晶体。  安全预防  毒性和储存信息  盐酸蒸汽与氨蒸汽反应，形成白色烟雾的氯化铵。  一般情况下，氨溶液的毒性不会引起人类或者哺乳动物的麻烦，因为特殊的代谢机制阻止它嵌入进血流。通过氨基甲酰磷酸合成酶的作用，氨被转化成氨基甲酰磷酸，进入尿素循环，或者合成氨基酸，或者分泌进入尿液。然而，鱼类和两栖动物缺乏这种代谢机制，它们通过直接分泌排除体内的氨。即使稀释后的氨浓度，对于水生动物来说，都是有剧毒性，鉴于这个理由，氨被归类于对环境有毒的。铵化合物不要与碱性物质接触（除非是有意的或者可控制的反应），大量危险的氨气将被释放出来。  日常用途  5-­‐10%（重量）氨溶液用来家居清洁，尤其清洁玻璃。该溶液对眼睛和粘膜（呼吸道，消化道）有刺激性，对皮肤要轻一些。与含氯产品或者强氧化剂混合，如家用漂白剂，可生成危险化合物，如氯胺。  实验室使用氨溶液  氨溶液危险性与浓度相关：氨稀释溶液通常为5-­‐10%重量浓度（5.62mol/L）,高浓度氨溶液通常是重量浓度25%。25%重量浓度的氨溶液密度为0.907g/cm3，密度越低，浓度越高。氨溶液欧盟分类见下表：  Concentration  by  weight  (w/w)（重量浓度）  Molarity（摩尔浓度）  Concentration  Mass/Volume  (w/v)（质量/体积浓度）  Classification（分类）  R-­‐Phrases（危险系数）  5-­‐10%  2.87-­‐5.62mol/L  48.9-­‐95.7g/L  刺激性（Xi）  R36/37/38  10-­‐25%  5.62-­‐13.29mol/L  97.7-­‐226.3g/L  腐蚀性（C）  R34  25%  13.29mol/L  226.3g/L  腐蚀性（C）和环境危害性（N）  R34,  R50  S-­‐Phrases（安全系数）：（S1/2），S36/37/39，S45，S61    从高浓度氨溶液释放的氨蒸汽对眼睛和呼吸道有强烈的刺激性，这种溶液需要在通风橱中处理。天气温暖的时候，饱和溶液（0.880）可在密闭的瓶子中产生明显的压力，需要小心打开这个瓶子：这个通常对25%（0.900）溶液通常不是问题。氨溶液不应该与卤素混合，有毒后者爆炸物将形成。氨溶液与银，水银或者碘化物长时间接触，也形成爆炸物：这种混合经常用来做定量化学分析，一旦实验结束，处理前不应该被酸化和浓缩。  无水氨在实验室的应用（气体或者液体）  无水氨被分类为对环境有毒性（T）和危险性（N）。气体具有易燃性（自然温度651℃），同16-­‐25%空气混合可形成爆炸。美国允许暴露的极限是50ppm（35mg/m3）,  立即致死浓度（immediately  dangerous  to  life  or  health  IDLH）估计在300ppm。重复暴露在氨气环境下，降低对该气体气味的敏感性：通常能够测定出来气味的浓度小于0.5ppm，但是不敏感的个体可能在100ppm都无法感觉到。无水氨能够腐蚀铜，锌，包括合金，黄铜不能用来存